Falen van kogelomloopspillen voorkomen: Onderhoud Must-Dos

Kogelomloopspillen spelen een cruciale rol in het toevoersysteem van bewerkingsmachines. Naarmate de productie-industrie zich ontwikkelt, eist de markt een steeds hogere productkwaliteit, wat leidt tot hogere precisie-eisen voor bewerkingsmachines van ondernemingen.

Daarom zijn de betrouwbaarheid en prestaties van kogelomloopspillen essentiële normen geworden. In het toevoersysteem kan slijtage van de kogelomloopspil leiden tot een afname van de voorspanning, wat een veel voorkomend probleem is.

Een juiste voorspanning kan axiale schokken en overmatige hitte voorkomen, waardoor de nauwkeurigheid en levensduur van de kogelomloopspil verbeteren. Dit artikel analyseert kort de problemen die gepaard gaan met kogelomloopspindels en bespreekt haalbare strategieën voor voorspellend onderhoud om slijtage te beperken.

Een kogelomloopspil is een lineaire actuator die een roterende beweging omzet in een lineaire beweging en veel gebruikt wordt in de toevoersystemen van bewerkingsmachines. Het belangrijkste voordeel is nauwkeurige positionering bij hoge snelheden, met een hoge mechanische efficiëntie.

Door de lage wrijving kan de overbrengingsefficiëntie oplopen tot 90%, wat ook de levensduur van de kogelomloopspil verlengt en de uitvaltijd voor onderhoud verkort. De wrijving en lineaire impact tussen de kogelomloopspil en de moer maken een nauwkeurig toevoersysteem een uitdaging.

Meestal wordt de juiste hoeveelheid voorspanning toegepast om lineaire schokken te elimineren en de stijfheid van de kogelomloopspil te verhogen. Een te grote voorspanning kan echter de wrijving verhogen. Voorspanning speelt ook een belangrijke rol in de stijfheid van de kogelomloopspil, het geluid en de positienauwkeurigheid.

Wanneer een machine start of stopt, kan de versnelling of vertraging van de kogelomloopspil leiden tot verlies van smeerolie op de contactoppervlakken. Dit verlies kan de warmteafvoer verslechteren en de slijtage van de kogelomloopspil versnellen. Naarmate de slijtage toeneemt, neemt de voorspanning af, wat een primaire zorg is voor kogelomloopspindels.

Wrijvingsgeïnduceerde slijtage op kogelomloopspillen omvat het analyseren van oppervlakteslijtage. De ruwheid van het kogeloppervlak is gladder dan die van de rupsband, dus hun relatieve beweging kan worden vergeleken met de interactie tussen een glad en een ruw oppervlak.

Als een harder en ruw oppervlak herhaaldelijk in dezelfde richting over een zachter oppervlak ploegt, hoopt zich bij elke cyclus unidirectionele plastische vervorming op. Dit "ratelbreuk" of "progressieve instorting" proces suggereert dat slijtage optreedt via een ductiel breukmechanisme, waarbij zeer fijne plaatvormige brokstukken ontstaan, zoals getoond in Figuur 1.

Dynamische tests van kogelomloopspillen tonen aan dat het koppel aanvankelijk tot een hoge waarde stijgt voordat het begint af te nemen. Dit komt doordat de smeerfilm die de contactoppervlakken beschermt tijd nodig heeft om zich te vormen, waardoor de wrijving tussen de kogel en de baan toeneemt en er meer koppel nodig is om de as van het kogelomloopspilsysteem aan te drijven. Zoals tabel 1 laat zien, neemt het koppel toe met de snelheid, omdat hogere snelheden meer acceleratietijd vereisen.

Tabel 1 Versnelling als functie van draaisnelheid

Bij vertraging is het gedrag anders dan bij acceleratie, maar is er ook een hoger koppel nodig voor de vertraging. Wanneer de snelheid stabiliseert, neemt het koppel geleidelijk toe met de snelheid. Het verschil in koppel is relatief ten opzichte van vergelijkbare stabiele snelheden bij momentane stappen, waaruit blijkt dat de smeringsregimes tijdens acceleratie, vertraging en constante snelheid verschillend zijn.

De contactoppervlakken worden dus zwaar belast bij lage relatieve snelheden, wat leidt tot kritieke smeringsproblemen tijdens accelereren en vertragen.

Voorspellend onderhoud houdt in dat sensoren worden gebruikt om de operationele status van apparatuur te controleren en sensorgegevens te combineren met levenscyclusparameters om de timing van onderhoud te bepalen. Dit maximaliseert de onderhoudsintervallen en verlaagt de kosten voor stilstand.

Voorspellend onderhoud kan onverwachte mechanische storingen verminderen en voorkomen dat problemen verergeren. Vroegtijdige detectie en reparatie van mechanische problemen kan de meeste problemen beperken en zo de productkwaliteit en de efficiëntie van fabrieken en productielijnen verbeteren.

Detectiemethoden kunnen direct of indirect zijn. Directe methoden omvatten het rechtstreeks meten van de operationele nauwkeurigheid en de positiestatus van het onderdeel. Indirecte methoden verzamelen signalen en informatie over het onderdeel om de status af te leiden.

Dit artikel richt zich op directe methoden, waarbij de keuze van het detectiesignaal cruciaal is. Detectiesignalen zijn onder andere akoestische emissiesignalen, laserdetectie, detectie van elektrische signalen, detectie van trillingssignalen en interne signalen van bewerkingsmachines.

Voor het onderhoud van kogelomloopspindels op basis van elektrische motorstroom worden meestal tijddomeinanalysemethoden gebruikt. De wavelettheorie vertegenwoordigt een nieuwe tijddomeinanalysemethode.

Elektrische signalen bevatten veel foutmeldingen en een aanzienlijke hoeveelheid ruis. Waveletsignalen kunnen signalen effectief scheiden over verschillende tijden en frequentiebanden, waardoor ruissignalen worden geëlimineerd en een duidelijker signaalbeeld wordt gereconstrueerd.

Voor het verzamelen van stroomsignalen wordt gebruikgemaakt van Hall-stroomsensoren, gebaseerd op het Hall-principe van magnetische balans en het gesloten-lusprincipe, zoals weergegeven in Figuur 2.

De stroom aan de ingang genereert een magnetisch veld dat door een hoogwaardige magnetische kern loopt en zo een magnetische fluxlus vormt. Het Hall-element is bevestigd in een kleine luchtspleet. Een spoel die om de magnetische kern is gewikkeld, levert een compenserende stroom in de tegenovergestelde richting.

Deze compensatiestroom compenseert de magnetische flux die wordt opgewekt door de ingangsstroom, waardoor de magnetische flux in de lus op nul wordt gehouden. Na een speciale circuitbewerking weerspiegelt het uitgangspotentiaal van het Hall-element nauwkeurig veranderingen in de stroom.

Zo kunnen Hall-stroomsensoren veranderingen in de stroom van de aandrijfmotor van de kogelomloopspil bewaken. Door de verzamelde gegevens te verwerken, kan de operationele status van de kogelomloopspil nauwkeurig worden bepaald.